uwb定位技術應用于露天煤礦人員定位系統(tǒng)
為解決目前露天煤礦普遍安裝的人員定位系統(tǒng)只能進行區(qū)域人員定位的問題，同時解決現有的精確人員定位系統(tǒng)建設成本投入太高的問題，提出了采掘面和關鍵區(qū)域精確定位和其系統(tǒng)采用UWB超寬帶技術為定位測量技術，理論精度達到0.1米。有專門的人員定位監(jiān)測平臺軟件，進行定位信息的處理，功能涵蓋現有人員定位系統(tǒng)的功能，并能融合現有區(qū)域定位數據，系統(tǒng)同時還提供調度通訊的功能。
系統(tǒng)由人員調度通訊定位終端（人攜帶）、精確定位錨點、區(qū)域定位錨點、采集器、傳輸分站、光纖、電源、礦用本安電源箱、調度采集服務器、人員定位系統(tǒng)分析平臺軟件等幾部分組成。
精確定位采用UWB(UltraWideband)超寬帶，頻帶為3.1-10.6GHz，帶寬大于500MHz，時域上表現為時間極短(＜2nS)的脈沖。
模塊A相當于安裝在人員調度定位終端里，模塊B相當于安裝在精確定位錨點里，精確定位錨點按照固定坐標值，按一定間隔安裝。
UWB定位技術采用的是TOF（飛行時差）測距，TOF測距方法屬于雙向測距技術，它主要利用信號在兩個收發(fā)機之間飛行時間來測量節(jié)點間的距離。模塊從啟動開始即會生成一條獨立的時間戳。模塊A的發(fā)射機在其時間戳上的a1發(fā)射請求性質的脈沖信號，模塊B在b2時刻發(fā)射一個響應性質的信號，被模塊A在自己的時間戳a2時刻接收。
人員調度定位終端不斷在獲取UWB定位錨點ID和距離信息，從報文信息中判斷本次測距通信的UWB錨點數量為1還是大于1，若是1，則存儲一條精確定位信息，若是2，則拆分成兩個精確定位信息存儲。
人員調度定位終端將在第一次進入某個區(qū)域定位錨點區(qū)域、離開某個區(qū)域定位錨點區(qū)域、切換到新的區(qū)域定位錨點三個時間節(jié)點的時間形成區(qū)域定位信息，并將區(qū)域定位信息存儲后在LoRa網絡覆蓋時將區(qū)域定位信息上傳給分站和采集器。
人員調度定位終端在第一次搜到區(qū)域定位錨點之后，記錄當前時間和區(qū)域定位錨點ID信息。
若后面最長10S時間內能夠持續(xù)搜到同一個ID的區(qū)域定位錨點，則不做處理，若10S時間后沒有搜到同一個ID的區(qū)域定位錨點，則記錄當前時間-10S和區(qū)域定位錨點ID信息。若在10S時間內搜到另一個區(qū)域定位錨點，則立即記錄當前時間和最新的區(qū)域定位錨點ID信息，并按最新區(qū)域定位錨點為標準進行10S間隔判斷。
區(qū)域定位錨點信息的獲取功能由人員調度定位終端上的2.4GRFID模塊實現，2.4GRFID模塊會將狀態(tài)變化情況（經過的錨點信息、游離狀態(tài)、更換錨點）通過串口發(fā)送給主控制，主控制緩沖后，通過LoRa將區(qū)域定位信息進行上報給采集器。
項目實施工作流程
1、定目標
考慮項目資金受限情況及現有人員定位系統(tǒng)狀況，確定是全礦精確定位還是局部精確定位。
2、劃范圍
確定哪些采掘工作面及圍欄區(qū)域需要精確定位，從什么地方開始到什么位置結束，區(qū)域定位能接受的最大精度。
3、做試驗
在所有涉及的精確定位區(qū)域，分別做UWB信號和LORA信號正常工作覆蓋的范圍，即傳輸距離，作為設備布置的基礎參數。
4、擬規(guī)劃
在做試驗的基礎上，做出所有區(qū)域和位置的的錨點安裝規(guī)則、規(guī)劃。
5、找位置
根據規(guī)劃，在電子采掘工程平面圖上，標注出每個錨點具體的安裝位置。
6、去安裝
在需要安裝的位置，實際懸掛安裝錨點，同時使用礦用巡檢記錄儀將錨點編號與位置進行現場對應。
7、培訓試運行
組織相關培訓，試運行，系統(tǒng)調整，準備驗收材料。
1.人員定位，功能包括：
采煤面、掘進頭精確定位；大巷、上下山區(qū)域定位；特定區(qū)域的電子圍欄警告；危險報警、求救；人員管理統(tǒng)計與分析；行為軌跡追蹤。
2．調度通訊，功能包括：
語音調度；語音廣播，預設的調度室信息聯絡。
3.可擴展功能，功能包括：
獲取設備信息；進尺自動測量；設備定置管理。
創(chuàng)新點或系統(tǒng)亮點
項目創(chuàng)新點
1、利用UWB的TOF（飛行時差）測距方法，將人員定位的理論誤差提高到0.1m，解決了露天礦山主要工作場所人員精確定位問題。
當前所有煤礦都裝有人員定位系統(tǒng)，至少90%以上是安裝的區(qū)域人員定位系統(tǒng)，主要目的是監(jiān)控人員分布情況和考勤，能知道在哪個工作面，但是具體在工作面上的什么位置，就不清楚了。
2、利用Lora的無線通訊特性，搭建了適合露天礦山的物聯網，通過與礦山工業(yè)以太網的融合，形成礦山私有物聯網，解決了露天礦山信息網絡建設最后一公里的難題。
不排除有的礦山將工業(yè)以太網WiFi或者3G/4G網絡布置到了采煤面和掘進頭，但至少目前98%的礦山沒有這么做，不單是資金的問題，主要的還是環(huán)境變化太快，網絡維護工作量太大。該研究為復雜生產環(huán)境的物聯網建設提供方案。
3、利用搭建的礦山私有物聯網、語音識別技術和TTS語音合成技術，借助人員調度通訊定位終端，將人員精確定位和語音調度有機地結合起來，是行業(yè)內首創(chuàng)。
煤礦作業(yè)人員管理系統(tǒng)通用技術條件，目前沒有實現要求宜具有尋呼功能、宜具有呼救、告急功能、宜具有廣播通信功能、宜具有雙向語音通信功能，宜具有就地報警和地面遠程控制報警功能、宜具有生命探測功能。
4、利用合理的UWB錨點部署規(guī)劃和線性空間定位算法，方便地實現了危險區(qū)域虛擬電子圍欄的定義，通過人員調度通訊定位終端給予聲光提醒，實現人員行為監(jiān)控和相關安全隱患的自動辨識。
5、利用項目提供的精確定位和區(qū)域定位相融合的方法，既解決了關鍵生產位置的精確定位需求，又能通過區(qū)域地位降低資金投入，解決了實際客觀需求與有限資金投入的矛盾。
UWB定位是目前室內精確定位（在GPS不起作用的環(huán)境下）的主要技術，錨點和標識卡硬件設備價格高，但是在礦山下一般識別距離在70m~150m（與巷道寬度和煤體環(huán)境有關），若全部每隔100m設一個錨點，投入太高。
項目亮點
1、預期整體信息化投入降低
構建物聯網，多系統(tǒng)共享網絡資源。提供廣播功能，可減少其部署資源可回收，循環(huán)使用。
2、高效管理，精準調度
一個系統(tǒng)實現人員跟蹤與語音調度管理。知道準確位置，指揮精準到位。點對點溝通，方便快捷
3、人員定位精度提高
定位理論精度可達0.1m，露天礦山人員定位可達國內領先水平，性價比遠高于現推行的同類先進適用技術。
4、人員行為管理智能化
實現虛擬的電子圍欄，根據警告和不安全行為記錄；可分析人員在崗情況和脫崗記錄；巡檢人員位置精確化，可實現履職監(jiān)管自動化。